常睹的激光器有固体激光器和气体寰宇上繁荣邦

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  常见的激光器有固体激光器和气体激光器,世界上发达国家已经研究出了自由电子激光器,其原理可简单用图表示:自由电子(设初速度为零)经电场加速后,射入上下排列着许多磁铁的管中,相邻的两块磁铁的极性是相反的,在磁场的作用下电子扭动着前进,犹如小虫在水中游动.电子每扭动一次就会发出一个光子(不计电子发出光子后能量的损失),管子两端的反射镜使光子来回反射,结果从略为透光的一端发射出激光.若加速电压U=1.8×10

  T,每个磁极的左右宽度为a=30cm,垂直于纸面方向的长度为b=60cm,忽略左右磁极间的缝隙,当电子在磁极的正中间向右垂直于磁场方向射入时,电子可通过几对磁极?

  (2)要对物体正确地进行受力分析,明确各力做功的大小及正负情况(待求的功除外)。

  (3)有些力在物体运动过程中不是始终存在的。若物体运动过程中包括几个阶段,物体在不同阶段内的受力情况不同,在考虑外力做功时需根据情况区分对待。

  (1)应用动能定理求路程在多阶段或往返运动中,如果摩擦力或介质阻力大小不变,方向与速度方向关系恒相反,则在整个过程中克服摩擦力或介质阻力所做的功等于力与路程的乘积,从而可将物体在摩擦力或介质阻力作用下通过的路程与动能定理联系起来。

  (2)应用动能定理求解多过程问题物体在某个运动过程中包含几个运动性质不同的小过程(如加速、减速的过程),此时可以分段考虑,也可以对全过程考虑,但如能对整个过程根据动能定理列式求解,则可以使问题简化。根据题意灵活地选取研究过程,可以使问题变得简单。有时取全过程简单,有时取某一阶段简单。原则是尽量使做功的力减少,各个力的功计算方便,或使初、未动能等于零。

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  直接求解,有时该力也不是均匀变化的,无法用高中知识表达平均力,此时可以考虑用动能定理间接求解。涉及功、能的极值问题在涉及功、能的极值问题中,有些极值的形成是南运动形式的临界状态造成的。如竖直平面内圆周运动的最高点、平抛运动等。有些极值的形成是由题设条件造成的。在解决涉及功、能的极值问题时,一种思路是分析运动形式的临界状态,将临界条件转化为物理方程来求解;另一种思路是将运动过程的方程解析式化,利用数学方法求极值。

  1.总功的计算物体受到多个外力作用时,计算合外力的功,一般有如下三种方法:

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  计算。采用此法计算合力的总功时,一是要求各力同时作用在物体上。二是要求合外力是恒力。

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  ,然后将各个外力所做的功求代数和。当多阶段运动过程中不同阶段物体所受外力不同,即外力分阶段作用在物体上时常用此法求外力的总功。

  (3)外力做的总功等于物体动能的变化量,在物体初、末状态已知的情况下可考虑从动能变化量来确定合外力做的功。

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  实质上是一个质点的功能关系,是针对单体或可看做单个物体的物体系而言的。所谓能看成单个物体的物体系,简单来说就是物体系内各物体之间的相对位置不变,从而物体系的各内力做功之和为零.物体系的动能变化就取决于所有外力做的总功了。

  但是对于不能看成单个物体的物体系或不能看成质点的物体,可将其看成是由大量质点组成的质点系,对质点系组成的系统应用动能定理时,就不能仅考虑外力的作用,还需考虑内力所做的功。即:

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  如人在从地面上竖直跳起的过程中,只受到了重力、地面支持力两个力的作用,而人从下蹲状态到离开地面的过程中,支持力不对人做功,重力对人做负功,但人的动能增加了,原因就在于此过程中人不能被看成单一的质点,人体内肌肉、骨骼之间的内力对人也做功。再如光滑水平面上由静止释放两带异种电荷的小球,对两小球组成的系统来说,没有外力对它们做功,但它们的动能却增加了,原因也在于它们的内力对它们做了功。

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  带电粒子在电场中处于静止或匀速直线运动状态时,则粒子在电场中处于平衡状态。假设匀强电场的两极板间的电压为U,板间的距离为d,则:mg=qE=

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  带电粒子在电场中加速,若不计粒子的重力,则电场力对带电粒子做功等于带电粒子动能的增量。

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  垂直于场强方向做匀速直线t;平行于场强方向做初速为零的匀加速直线运动:,,,偏转角:。

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  当电场强度发生变化时,由于带电粒子在电场中的受力将发生变化,从而使粒子的运动状态发生相应的变化,粒子表现出来的运动形式可能是单向变速直线运动,也可能是变速往复运动。带电粒子是做单向变速直线运动,还是做变速往复运动主要由粒子的初始状态与电场的变化规律(受力特点)的形式有关。

  ①若粒子(不计重力)的初速度为零,静止在两极板间,再在两极板间加上甲图的电压,粒子做单向变速直线运动;若加上乙图的电压,粒子则做往复变速运动。

  从B板射入两极板之间,并且电场力能在半个周期内使之速度减小到零,则甲图的电压能使粒子做单向变速直线运动;则乙图的电压也不能粒子做往复运动。所以这类问题要结合粒子的初始状态、电压变化的特点及规律、再运用牛顿第二定律和运动学知识综合分析。

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  ①基本粒子:如电子、质子、α粒子、离子等除有说明或有明确的暗示以外,一般都不考虑重力(但并不忽略质量);

  ②带电颗粒:如液滴、油滴、尘埃、小球等,除有说明或有明确的暗示以外,一般都不能忽略重力。

  2.在静电力作用下的匀速圆周运动在不考虑带电粒子的重力作用时,带电粒子有两种情况可以做匀速圆周运动。(1)在带有异种电荷的同定点电荷周围。(2)在等量同种点电荷的中垂面上,运动电荷与场源电荷异性。在这种情境中,还要求运动电荷所具有的初速度要与所受到的电场力垂直,且满足合外力等于所需向心力的条件。否则运动电荷可能做直线.有重力参与的匀速圆周运动重力是一恒力,带电粒子要做匀速圆周运动,重力必须被平衡,一种方式是利用水平支撑面的弹力,一种方式是利用变化的电场力的某一分力。

  (1)微观粒子:如电子、质子、α粒子、离子等,除有说明或明确的暗示外,一般不考虑重力(但不能忽略质量)。

  (2)带电颗粒:如液滴、油滴、尘埃、小球等,除有说明或明确的暗示外,一般都不能忽略重力。(3)有些情况下是否考虑粒子的重力需要用假设法从粒子的运动上来分析,若考虑粒子的重力,粒子的运动与题目给定的运动状态不符合,则不需考虑重力;若不考虑粒子所受到的重力,粒子不能完成题目给定的运动过程就必须考虑重力。(4)在给定具体数据的情况下还可以通过定量计算来选择是否考虑重力的作用,一般说来重力与电场力相差两个甚至两个以上的数量级,粒子的重力就可以忽略。

  (2)等效“重力”法:将重力与电场力进行合成,如图所示,则等效于“重力”,

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  (1)从功能观点出发分析带电粒子的运动问题时,在对带电粒子受力情况和运动情况进行分析的基础上,再考虑应用恰当的规律解题。如果选用动能定理,要分清有几个力做功,做正功还是负功,是恒力做功还是变力做功,以及初、未状态的动能。

  (2)如果选用能垃守恒定律解题,要分清有多少种形式的能参与转化,哪种形式的能增加,哪种形式的能减少,并注意电场力做功与路径无关。

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  带电粒子在极板问加速或偏转时,若板间所加电压为一交变电压,则粒子在板间的运动可分两种情况处理:一是粒子在板间运动时间t远小于交变电压的周期T;二是粒子在板间运动时间t与交变电压变化周期 T相差不大甚至tT。

  第二种情况下粒子的运动过程较为复杂,可借助于粒子运动的速度图像。物理图像是表达物理过程、规律的基本工具之一,用图像反映物理过程、规律,具有直观、形象的特点,带电粒子在交变电场中运动时,受电场力作用,其加速度、速度等均做周期性变化,借助图像来描述它在电场中的运动情况,可直观展示物理过程,从而获得启迪,快捷地分析求解。在有交变电场作用下带电粒子运动的问题中,有一类重要问题是判定带电粒子能从极板间穿出的条件或侧移量、偏转角范围等问题。而解决此类问题的关键是找出粒子恰好能从板间飞出的临界状态:恰好从极板边缘飞出,并将其转换为临界状态方程。

  当粒子在平行金属板间运动时,若一个极板接地,会对粒子的运动造成什么影响呢?这需分两种情况来考虑:

  (2)一个极板接地,当运动电荷与另一极板接触而使电荷量变化,则接地的极板也就会与大地之问发生电荷的转移,从而确保两极板所带电荷量相等,但电荷量变化时,极间电场也随之发生变化。

  (1)粒子速度的偏向角φ等于圆心角α,并等于AB弦与切线倍(如图所示),即

  ①沿半径方向射入磁场,必沿半径方向射出磁场。②射入磁场的速度方向与所在半径间夹角等于射出磁场的速度方向与所在半径间的夹角。

  当某种物理现象变化为另一种物理现象,或物体从一种状态变化为另一种状态时,发生这种质的飞跃的转折态通常称为临界状态,涉及临界状态的物理问题叫做临界问题,产生临界状态的条件叫做临界条件,临界问题能有效地考查学生多方面的能力,在高考题中屡见不鲜。认真分析系统所经历的物理过程,找出与临界状态相对应的临界条件,是解答这类题目的关键,寻找临界条件,方法之一是从最大静摩擦力、极限频率、临界角、临界温度等具有临界含义的物理量及相关规律人手:方法之二是以题目叙述中的一些特殊词语如“恰好”、“刚好”、“最大”、“最高”、“至少”为突破口,挖掘隐含条件,探求临界位置或状态。如:

  (1)刚好穿出磁场边界的条件是带电粒子在磁场中运动的轨迹与边界相切。据此可以确定速度、磁感应强度、轨迹半径、磁场区域面积等方面的极值。

  (2)当速度v一定时,弧长(或弦长)越大,圆周角越大,则带电粒子在有界磁场巾运动的时间越长。(前提条件是弧是劣弧)(3)当速率v变化时,圆周角大的,运动时间越越长。

  1.入射粒子不同具体地说当入射粒子的比荷不同时,粒子以相同的速度或以相同的动能沿相同的方向射人匀强磁场时,粒子在磁场中运动的周期

  ,在以不同的速度入射时不相同,以相同动能入射时可能不同。2.入射方向不同相同的粒子以相同的速率沿不同方向射人匀强磁场中,粒子在磁场中运动的轨道中,运动周期是相同的,但粒子运动径迹所在空间位置不同,所有粒子经过的空间区域在以入射点为圆心,运动轨迹圆的直径为半径的球形空间内。当磁场空间有界时,粒子在有界磁场内运动的时间不同,所能到达的最远位置不同,从而形成不同的临界状态或极值问题,此类问题中有两点要特别注意:一是旋转方向对运动的影响,二是运动中离入射点的最远距离不超过2R,因R是相同的,进而据此可利用来判定转过的圆心角度、运动时间等极值问题,其中

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  相同的粒子从同一点沿同一方向以不同的速率进入匀强磁场中,虽然不同速率的粒子运动半径不同,但圆心却在同一直线上,各轨迹圆都相切于入射点。在有界磁场中会形成相切、过定点等临界状态,运动时间、空间能到达的范围等极值问题。当粒子穿过通过入射点的直线边界时,粒子的速度方向相同,偏向角相同,运动时间也相同。

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  相同的粒子以相同的速度从不同的位置射入同一匀强磁场中,粒子在磁场中运动的周期、半径都相同,但在有界磁场中,对应于同一边界上的不同位置,会造成粒子在磁场巾运动的时间不同,通过的路程不同,出射方向不同,从而形成不同的临界状态,小同的极值问题。相同粒子以相同的速度从同定的位置出发,途经有界磁场Ⅸ域,若磁场位置发生变化时,会引起粒子进入磁场时的入射位置或相对磁场的入射方向发生变化,从而可能引起粒子在磁场中运动时间、偏转角度、出射位置与方向等发生变化,进而形成临界与极值问题。

  (12分)如图所示,粗糙程度均匀的绝缘斜面倾角为θ。其下方O点处有..

  在变速运动中,物体的速度由0增加到v,再由v增加到2v,合外力做功..

  如图所示,半径为R=0.8m的四分之一圆弧形光滑轨道竖直放置,圆弧..

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